膜材料和膜制备PPT课件.ppt
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1、关于膜材料与膜制备第一张,PPT共四十五页,创作于2022年6月2.1 引言1 1、膜材料在当代经济发展中的战略地位、膜材料在当代经济发展中的战略地位在世界能源短缺、水资源短缺和环境污染日益严重的情况下,在世界能源短缺、水资源短缺和环境污染日益严重的情况下,膜分离科学研究得到了世界各国的高度重视。欧、美、日等膜分离科学研究得到了世界各国的高度重视。欧、美、日等发达地区和国家从战略的高度,投巨资立专项加强研究。发达地区和国家从战略的高度,投巨资立专项加强研究。膜法水处理技术已在海水及苦咸水淡化、超纯水制备、制取饮用水、膜法水处理技术已在海水及苦咸水淡化、超纯水制备、制取饮用水、废水处理和回用等方
2、面发挥了巨大的作用。废水处理和回用等方面发挥了巨大的作用。我国的能源工业石油化工(包括天然气)本身是能耗大户,我国的能源工业石油化工(包括天然气)本身是能耗大户,也是环境污染大户。其产品生产、加工过程的反应、分离、也是环境污染大户。其产品生产、加工过程的反应、分离、浓缩、纯化,都迫切需要用新的方法,浓缩、纯化,都迫切需要用新的方法,改造传统的方法,以改造传统的方法,以提高技术水平,降低能耗、减少环境污染,这都和膜技术息提高技术水平,降低能耗、减少环境污染,这都和膜技术息息相关。石油化工在整个国民经济中支柱产业的地位给膜技息相关。石油化工在整个国民经济中支柱产业的地位给膜技术的发展提供了广阔的天
3、地。术的发展提供了广阔的天地。第二张,PPT共四十五页,创作于2022年6月膜技术在我国能源结构调整中将发挥关键性作用。膜技术用于天然膜技术在我国能源结构调整中将发挥关键性作用。膜技术用于天然气的脱气的脱COCO2 2和和H H2 2S S;燃料乙醇生产中膜生物反应器连续发酵技术的;燃料乙醇生产中膜生物反应器连续发酵技术的应用(可提高反应器生产效率应用(可提高反应器生产效率15801580倍);乙醇提取过程中渗透汽倍);乙醇提取过程中渗透汽化的应用(可节能化的应用(可节能90%90%)等对保障我国的能源安全具有重要的意)等对保障我国的能源安全具有重要的意义。义。膜法水处理将是缓解我国北方资源型
4、缺水危机的重要技术。膜法水处理将是缓解我国北方资源型缺水危机的重要技术。膜技术是解决我国水质型缺水危机、提高饮用水水质的保障。膜技术是解决我国水质型缺水危机、提高饮用水水质的保障。膜及集成技术可实现城市生活污水的完全回用。膜生物反应器技术膜及集成技术可实现城市生活污水的完全回用。膜生物反应器技术将是我国未来城镇化发展的重要支撑技术。将是我国未来城镇化发展的重要支撑技术。膜技术是先进的环境治理技术,除废水外,在废气治理领域也发挥着重膜技术是先进的环境治理技术,除废水外,在废气治理领域也发挥着重要的作用。要的作用。膜技术是改造传统产业、推进相关待业技术进步的高新技术。膜技术是改造传统产业、推进相关
5、待业技术进步的高新技术。膜技术是国防建设的需要。野战供水问题。膜技术是国防建设的需要。野战供水问题。目前我国用于海水淡化的反渗透膜材料研究基础薄弱,膜材料基目前我国用于海水淡化的反渗透膜材料研究基础薄弱,膜材料基本依赖进口,难以降低膜法水处理成本,长远来讲也会危及国家本依赖进口,难以降低膜法水处理成本,长远来讲也会危及国家安全。安全。第三张,PPT共四十五页,创作于2022年6月2、膜材料的要求膜是膜技术的核心。膜材料的化学性质和膜的结构对膜分离的性能起决定性作用。对膜材料要求:良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性第四张,PPT共四十五页,创作于2022年6月2.
6、2 高分子膜材料1、纤维素衍生物类纤维素是资源最为丰富的天然高分子,由于纤维素分子量很大,在分解温度前没有熔点,且不溶于通常的溶剂,无法加工成膜,必须进行化学改性。生成纤维素酯、纤维素醚才能溶于溶剂。纤维素本身也能溶于铜氨溶液和二硫化碳等,在纺丝和成膜过程中又回复到纤维素的结构,故称为再生纤维素。第五张,PPT共四十五页,创作于2022年6月纤维素的相对分子量在5020050200万,在溶解过程中中降万,在溶解过程中中降解,再生纤维素的相对分子量约在几万到几十万。解,再生纤维素的相对分子量约在几万到几十万。传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸纤维素,是很好的透析材料,大量用于人工肾。(1)再生
7、纤维素第六张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(2)硝酸纤维素(CN)纤维素重复单元葡萄糖残基上的三个纤维素重复单元葡萄糖残基上的三个OHOH基均可与无机酸或有机酸基均可与无机酸或有机酸生成酯。生成酯。纤维素硝化用硝酸和硫酸的混合液,硝化程度用含纤维素硝化用硝酸和硫酸的混合液,硝化程度用含N N量表示,量表示,制膜用硝酸纤维素含制膜用硝酸纤维素含N N量在量在11.2%12.2%11.2%12.2%,约相当于两个烃基被,约相当于两个烃基被硝酸硝化。硝酸硝化。广泛用于透析用膜和微滤膜。为增强膜强度,一般与醋酸纤广泛用于透析用膜和微滤膜。为增强膜强度,一般与醋酸纤维素混合使用,是通用的微滤膜
8、材料。维素混合使用,是通用的微滤膜材料。再生纤维素再生纤维素硝酸纤维素硝酸纤维素第七张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(3)醋酸纤维素(CA,CTA)由纤维素与乙酸酐由纤维素与乙酸酐-乙酸混合物(或乙酰氯)反应制备。乙酸混合物(或乙酰氯)反应制备。醋酸纤维素的酯化程度醋酸纤维素的酯化程度 一般以乙酸含量表示,二取代醋酸纤维素一般以乙酸含量表示,二取代醋酸纤维素含乙酸含乙酸51.8%51.8%,三取代醋酸纤维素,三取代醋酸纤维素CTACTA含乙酸含乙酸61.85%61.85%,制膜用,制膜用CACA的乙酸含量为的乙酸含量为55%58%55%58%,接近,接近2.52.5个羟基被取代。个羟
9、基被取代。CTACTA乙酸乙酸含量为含量为60%61%.60%61%.醋酸纤维素是制备不对称反渗透膜的基本材料(一般是醋酸纤维素是制备不对称反渗透膜的基本材料(一般是CACA和和CTACTA的混合物)。也可制备卷式超滤和微滤组件。的混合物)。也可制备卷式超滤和微滤组件。再生纤维素再生纤维素醋酸纤维素醋酸纤维素第八张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(4)乙基纤维素由碱纤维素与乙基卤化物(工业上均用氯乙烷)反应制得。由碱纤维素与乙基卤化物(工业上均用氯乙烷)反应制得。具有较高的气体透过特性和较高的气体透过选择性,其具有较高的气体透过特性和较高的气体透过选择性,其中空纤维组件已用于空气中氮和
10、氧的分离。中空纤维组件已用于空气中氮和氧的分离。再生纤维素再生纤维素醋酸纤维素醋酸纤维素第九张,PPT共四十五页,创作于2022年6月2、聚砜类是一类耐温高强度工程塑料,具有优异的抗蠕变性能,故自双酚A A型聚砜(型聚砜(PSFPSF)出现 后,即继CACA之后之后发展成为目前最重要、生产量最大的合成膜材料。可用发展成为目前最重要、生产量最大的合成膜材料。可用作微滤膜和超滤,更可用作复合膜的底膜,用于作微滤膜和超滤,更可用作复合膜的底膜,用于RORO和和气体分离膜。气体分离膜。第十张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(1)双酚A型聚砜(PSF)由双酚由双酚A A的二钾盐与二氯二苯砜在二甲
11、亚砜的溶液中在的二钾盐与二氯二苯砜在二甲亚砜的溶液中在190190下经下经亲核缩聚反应合成。亲核缩聚反应合成。聚砜的不对称膜产量最大的是超滤膜。聚砜的不对称膜产量最大的是超滤膜。聚砜的耐温性良好,可在聚砜的耐温性良好,可在80 80 下长期使用。下长期使用。聚砜是气体分离基本材料。最早实现工业规模气体分离的聚砜是气体分离基本材料。最早实现工业规模气体分离的PrismPrism分离分离器,分离材料即为聚砜不对称中空纤维膜。器,分离材料即为聚砜不对称中空纤维膜。聚砜类材料经过磺化或经聚砜类材料经过磺化或经氯四基化氯四基化和季胺化,即可得到带负电或和季胺化,即可得到带负电或带正电的荷电膜。可用于制备
12、纳滤膜或电渗析膜。带正电的荷电膜。可用于制备纳滤膜或电渗析膜。第十一张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(2)聚芳醚砜(PES)由双酚由双酚S(二羟基二苯砜)的二钾盐与二氯二苯砜在环丁砜的溶液中亲核缩聚反应合成。PESPES的耐温性良好,可在140140下长期使用。是目前下长期使用。是目前首选的可耐蒸汽杀菌的超滤、微滤膜材料。首选的可耐蒸汽杀菌的超滤、微滤膜材料。双酚双酚A A型聚砜型聚砜聚芳醚砜聚芳醚砜第十二张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(3)酚酞型聚醚砜(PES-C)由酚酞、碳酸钾与二氯二苯砜在环丁砜的溶液中由酚酞、碳酸钾与二氯二苯砜在环丁砜的溶液中220220亲核缩聚亲
13、核缩聚反应合成。反应合成。是我国自行开发的耐高温材料。是我国自行开发的耐高温材料。PES-CPES-C的耐温性比的耐温性比PESPES又有较又有较大提高。用于制备超滤膜亲水性优于大提高。用于制备超滤膜亲水性优于PSFPSF,在相同截留分子量在相同截留分子量下其水通量比聚砜可增加下其水通量比聚砜可增加50%50%。磺化的磺化的PES-CPES-C(SPES-CSPES-C)可用于均相离子交换膜、荷电超滤膜)可用于均相离子交换膜、荷电超滤膜和纳滤膜。和纳滤膜。双酚双酚A A型聚砜型聚砜酚酞型聚醚砜酚酞型聚醚砜第十三张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(4)聚醚酮 酚酞型聚醚酮(PEK-C)由
14、酚酞、碳酸钾与二氯二苯酮或二硝基二苯酮在环丁砜溶液中220亲核缩聚制得。亲核缩聚制得。在超滤和气体分离方面与在超滤和气体分离方面与PES-CPES-C类似。类似。酚酞型聚醚酮酚酞型聚醚酮酚酞型聚醚砜酚酞型聚醚砜第十四张,PPT共四十五页,创作于2022年6月聚醚醚酮(PEEK)氢醌与二氟二苯砜在二苯砜中280300下亲核缩聚下亲核缩聚制备。制备。是结晶性聚合物,不易找到合适溶剂制备不对称膜。磺化PEEKPEEK则是无定形聚合物,可用于制备离子交换膜则是无定形聚合物,可用于制备离子交换膜和纳滤膜。和纳滤膜。第十五张,PPT共四十五页,创作于2022年6月3、聚酰胺类(1)脂肪族聚酰胺代表产品尼龙
15、代表产品尼龙6 6和尼龙和尼龙66,是生产最久的合成纤维。,是生产最久的合成纤维。尼龙尼龙6 6由已内酰胺在高温下开环聚合而得。由已内酰胺在高温下开环聚合而得。尼龙尼龙6666由已二胺和已二酸缩聚制得。尼龙尼龙6 6和尼龙6666无纺布用于无纺布用于RORO膜和气体分离支撑底布膜和气体分离支撑底布超细尼龙纤维的无纺布的平均孔径可达1m以下,可直以下,可直接用于微滤。接用于微滤。第十六张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(2)聚砜酰胺由二氨基二苯砜与已二酰氯低温溶液缩聚或与已二酸高由二氨基二苯砜与已二酰氯低温溶液缩聚或与已二酸高温缩聚制备。温缩聚制备。我国将其作为颇具特色的超滤膜和微滤膜材
16、料。我国将其作为颇具特色的超滤膜和微滤膜材料。第十七张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(3)芳香族聚酰胺由对苯二胺和对苯二酰氯低温缩聚而成。是第二代RO膜用材料,只溶于硫酸,故一般不用溶液制备。而用熔融纺中空丝的方法制备均质薄壁中空纤维膜,主要用于反渗透。第十八张,PPT共四十五页,创作于2022年6月(4)RO用交联芳香聚酰胺由芳香二胺与1,3,5均苯三酰氯反应即可制备交联网状聚酰胺。FilmTech 的 Cadott首先实现了以聚砜超滤膜为基膜,将芳香二胺的水溶液进行界面缩聚,得到以酰胺为活性分离层的超薄复合膜。该类交联芳香聚酰胺膜用于反渗透脱盐率可达99.5%,已广泛用于海水和苦
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